酶解条件对提高复合果蔬汁出汁率的影响研究*

刘小莉　汤莉莉　刘安虎　邱永新　周剑忠*（江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京　004）（江苏省连云港市东海果汁有限公司，江苏连云港　006）（江苏省海门市正余镇农业服务中心，江苏海门　600）

酶解条件对提高复合果蔬汁出汁率的影响研究*

刘小莉1**汤莉莉3刘安虎2邱永新2周剑忠1***
1（江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京210014）
2（江苏省连云港市东海果汁有限公司，江苏连云港201306）
3（江苏省海门市正余镇农业服务中心，江苏海门226100）

在单因素试验基础上，采用果胶酶与纤维素酶（酶活比为1∶1）对复合果蔬浆进行酶解处理，并以出汁率为指标，以响应曲面中心组合设计，研究加酶量、酶解温度、酶解时间及其交互作用对出汁率的影响。试验结果表明，加酶量对出汁率的影响极显著，而酶解温度和酶解时间对出汁率的影响不显著，各因素的二次项以及加酶量、酶解温度交互对出汁率也有显著的影响，且在加酶量0.13%，酶解温度42.64℃，酶解时间2.49 h条件下，复合果蔬的出汁率可达81.34%±2.16%。

复合果蔬汁；果浆酶；纤维素酶；酶解；出汁率

复合果蔬汁饮料为高档饮料，近年来在日本、欧美等发达国家开始盛行，由多种蔬菜、水果汁复合而成，是一种营养均衡的果蔬食品，是果蔬加工业中发展最快、最有潜力的一类产品。在当今的饮料市场，称霸近百年的碳酸饮料市场已开始萎缩。随着人们健康意识的加强，消费者更偏好购买茶、果蔬汁等非碳酸饮料。果蔬汁集环保、健康、营养和农工贸一体化等多种优势，经合理搭配后，能为人体提供更全面的营养，使人体更容易吸收，营养丰富、口味多样化的果蔬汁饮料产品的市场份额也将得到提高。目前复合果蔬汁加工过程中存在出汁率低、色泽不稳定，储藏过程中出现分层、析水、浑浊等问题，制约着果蔬汁加工产业的发展。

酶作为生物催化剂，具有专一性强、催化效率高和作用条件温和等显著特点。生物酶解技术应用于饮料工业中，作用于植物细胞壁，植物细胞壁降解导致细胞液释出，使果浆和植物物料的黏度急剧降低，从而显著改善果蔬的加工性能，提高果蔬的出汁率及果蔬汁的澄清度和稳定性，简化工艺，并且有利于保护产品的营养、风味和色泽。本文研究了果胶酶和纤维素酶处理方法对草莓、胡萝卜、葡萄复合果蔬出汁率的影响，旨在确定适宜的酶解条件，以提高原料出汁率，为节约生产加工成本提供理论依据。

1　材料和方法

1.1材料和试剂

速冻草莓、胡萝卜、葡萄原料，-20℃保藏，由连云港市东海果汁有限公司提供。根据前期研究成果，复合果蔬汁原料含量（以添加水的体积质量比计）为：草莓12%、胡萝卜30%、葡萄20%。

果胶酶（酶活30 000 U/g）、纤维素酶（酶活50 000 U/g），泰安信得利生物工程有限公司。

1.2酶解方法

冷冻条件储藏的草莓、胡萝卜、葡萄原料在室温解冻后，用榨汁机破碎得到果蔬原果浆，添加不同种类的生物酶制剂，在适宜的温度下进行酶解，于3 500 r/min离心30 min，收集上清液即为果蔬汁。出汁率按以下公式计算：

式中：η——复合果蔬出汁率，%；

m1——果蔬原料质量，g；

m2——果蔬汁质量，g。

1.3试验设计和数据分析

1.3.1酶解单因素试验

称好的果浆中分别加入1‰果胶酶、纤维素酶、以及果胶酶+纤维素酶（酶活比1∶1），搅拌均匀后40℃水浴2 h进行酶解，计算出汁率。

1.3.2响应曲面设计

进一步采用设计专家软件（Design Expert version 6.0.10） 中的中心组合设计（CCD） 研究加酶量、酶解温度、酶解时间及其交互作用对出汁率的影响。试验结果进行二次回归分析，获得各自变量因子与响应值之间的回归模型方程，并对方程各项系数进行方差分析。

2　结果与分析

2.1果胶酶和纤维素酶酶解效果的比较

本研究中果胶酶和纤维素酶的酶解效果见图1。由图1可以看出，酶制剂的添加对提高出汁率有显著影响，且单一酶和复合酶酶解所得出汁率差异显著（P＜0.05），采用果胶酶和纤维素酶处理可明显提高出汁率，这是由于单酶水解具有特异性，采用双酶混合水解有利于提高底物转化率。

图1　不同酶组合的酶解效果比较

2.2响应曲面回归方程的建立与方差分析

根据上述试验选用果胶酶与纤维素酶（酶活比为1∶1）进行复合酶解处理，以加酶量（A1）、酶解温度（A2）、酶解时间（A3）为自变量，出汁率（Y）为响应值，通过中心组合试验设计和响应面分析法对上述三因素进行优化，响应面设计方案和试验结果见下页表1。对试验结果进行二次回归分析，可得3个自变量因子与Y之间的回归方程模型为：Y=78.00+4.37A1－1.13A2+0.25A3+3.50A1A2－0.75A1A3－0.25A2A3－4.50A12－6.00A22－6.25A32。

对上述方程模型进行方差分析，结果见下页表2。由表2的方差分析结果可以看出，所得出汁率的回归模型方程显著，R2＞0.940 1，且失拟项F检验不显著（P＞0.05），说明回归方程的拟合程度较好，以模型方程拟合3个因素与出汁率之间的关系是可行的，可用该回归模型代替试验真实点对试验结果进行分析。加酶量A1、二次项A22和A32对出汁率的影响极显著（P＜0.01），二次项A12以及交互项中的A1A2对出汁率有显著的影响（P＜0.05），而酶解温度和酶解时间对出汁率的影响不显著（P＞0.05）。

表1　响应面设计方案和试验结果

表2　试验结果方差分析表

2.3交互作用的响应面分析

由表2可知加酶量和酶解温度的交互作用对出汁率有显著的影响，对这2个因素的交互作用进行响应面分析，结果见图2。由图2可以看出，固定温度或加酶量任一自变量，随着另一自变量的增加，出汁率均呈现先增加后减小的趋势，呈二次函数关系。分别对模型方程取一阶偏导等于零并求解方程，得到最佳优化酶解条件参数为加酶量0.13%，酶解温度42.64℃，酶解时间2.49 h。以这组最佳条件进行榨汁试验，出汁率为81.34%± 2.16%。

图2　加酶量和温度的交互作用对出汁率的影响

3　讨论和结论

果胶质是存在于高等植物细胞壁内及壁间的结构性多糖，是一类高分子碳水化合物，在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊，它的存在会给果蔬加工工艺带来许多损失。果胶酶和纤维素酶作为果蔬汁生产中的主要酶制剂，在食品工业中有重要的应用价值，已被广泛应用于果蔬汁的提取和澄清、改善果蔬汁的可过滤性以及植物组织的浸渍和提取等工艺中。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，破坏果实细胞的网状结构，提高果实的破碎程度和果蔬的出汁率。

本研究在单因素试验基础上，采用果胶酶与纤维素酶（酶活比为1∶1）进行复合酶解处理，以出汁率为指标，以响应曲面中心组合设计，研究加酶量、酶解温度、酶解时间及其交互作用对出汁率的影响。统计学试验设计已广泛应用于生化领域的优化研究。传统的单因素法不仅费时，而且忽视了不同因子间的相互作用；正交试验设计可同时考虑几种因素，寻找最佳因素水平组合，但不能在给出的整个区域上找到因素和响应值之间的一个明确的函数表达式即回归方程，从而无法找到整个区域内因素的最佳组合和响应值的最优值；析因设计、响应曲面等统计学试验设计方法克服了这些缺点，通过少量的试验次数就能确定多种影响因素组成中的关键因子及最优水平。

本研究结果表明，加酶量对出汁率的影响极显著，而酶解温度和酶解时间对出汁率的影响不显著，各因素的二次项以及加酶量、酶解温度交互对出汁率也有显著的影响。在当加酶量0.13%，酶解温度42.64℃，酶解时间2.49 h条件下，复合果蔬出汁率可达81.34%±2.16%。

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Effect ofenzymatic hydrolysis on the yield increase of mixed vegetable and fruit juice*

LIU Xiaoli1**TANG Lili3LIU Anhu1Qiu Yongxin2ZHOU Jianzhong1***
1（Institute ofagroJiangsu academyofagricultural sciences，Jiangsu Nanjing210014，China）
2（Lianyungangcity,Jiangsu province，East China sea juice Co.，Ltd.Jiangsu Lianyungang201306，China）
3（Jiangsu Haimen yuzhen agricultural service center，Jiangsu Haimen226100，China）

On the basis ofthe results of single-factor experiments,composite enzymatic hydrolysis with pectinase and cellulasewascarried outtoevaluatetheeffecton thejuiceyield.Through response surface methodology,the effects ofenzyme dosage,enzymatic temperature and time,as well as the interaction ofthe three factors,on the yield were studied.The resultsshowedthatenzymedosagehadaverysignificanteffectontheyield,whileenzymatictemperatureandtimenotsignificant.In addition,quadratic terms of all the factors and the interaction of enzyme dosage and enzymatic temperature werealsosignificantfortheyield.Undertheconditionofenzymedosage0.13%,enzymatictemperature42.64℃andenzymatictime2.49h,themaximumyieldcouldreachto81.34%±2.16%.

mixed vegetable and fruit juice；pectinase；cellulase；enzymatic hydrolysis；juice yield

2016-05-12

TS201.2+5

A

1673-6044（2016）02-0029-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2016.02.009

江苏省科技项目苏北科技发展计划-科技富民强县项目（BN2014015）。
**刘小莉，女，1981年出生，2007年毕业于南京农业大学食品科学专业，博士，副研究员。
***周剑忠，通讯作者，E-mail：zjzluck@126.com.